农业物料基本参数研究现状及在农业工程中的应用

农业物料基本参数研究现状及在农业工程中的应用

农业物料通常指与农业工程直接相关的动物、植物、微生物等农产品及与农业生产直接相关的一些生产资料（如种子，肥料，果实等）。农业物料的种类不同，其物理特性也不同。农业物料的物理特性主要包括农业物料的基本物理特征、力学特性、电特性、光特性、热特性等，以及某些特性之间的相互影响]1[。随着农业现代化进程的不断发展，农业物料物理特性的研究领域不断拓宽和加深，研究方法、测试手段和技术不断改进，研究成果在农业生产和农业物料加工机械装备及系统的设计、生产工艺过程的检测与控制等领域得到了广泛的应用。对农业物料特性研究的目的就是在于使农业工程提高工作质量, 减少损失和创立新理论、新原理、新技术, 开拓新领域。更好地将工程技术应用于农业生产，满足农业生产需要，促进农业不断发展，以获得最大的经济效益、生态效益和社会效益。

作为农业物料学中主要研究对象——农业物料基本物理特性，主要包括物料的单元素尺寸、综合尺寸、外观形状和颜色、密度、空隙率、摩擦因数、表面特征、宏观和微观结构等。农业物料的种类繁多，其基本物理特性各异，研究内容丰富，许多研究成果得到了广泛应用。

形状和尺寸

在许多应用中，如机械分选和分级、气流输送和分离以及产品的热处理等都必须精确地确定物料的形状和尺寸，物料的形状和尺寸是不可分割的两个参数。Marchant等人]2[就对马铃薯的尺寸和形状特性参数进行了研究，设计出一种计算机视觉系统，能把马铃薯按不同尺寸和形状分成不同的级别，分选速度可达到40个/min。王文奎]3[对常见农产品的几何形态、纤维性、软脆性、硬脆性、塑韧性、弹性、粘附性等物理特性及相应的切片加工工艺进行了分析研究，给出不同物理性状农产品最佳切制加工工艺方法，为农产品深加工切片工艺装备的研发提供了技术支持。根据农产品物料的大小、形状、色彩、文理、表面缺陷等基本物理特征，利用机器视觉技术可实现农产品品质检测分级。

密度和比重

而对于农业物料的体积、密度和比重在许多场合也都是必不可少的原始数据，例如干草的干燥和贮存、贮存仓、青贮仓的设计、青贮料的机械压缩、颗粒饲料和草饼的稳定性、分离和分级、气流和水力输送、种子纯度测定和成熟度评定等都需要密度和比重的数据。张桂华等人]4[对包衣稻种的粒径、球度、千粒重、密度、休止角、摩擦角等物理参数进行了测试研究，其研究结果为排种器结构和排种性能设计提供了设计依据。李诗龙]5[和Mrema等人]6[研究了油菜籽的形态、结构、细胞组织、散体的密度、摩擦因数、弹性模量和泊松比以及渗透性和吸附性等物理特性，对油菜籽的预处理方法和压榨工艺选择，提高油脂提取效率有重要的指导意义。

水分和活性

农业物料和食品中都含有一定的水分，水是维持懂、植物生存必不可少的物质之一，也

是组成成分中含量最多的成分。农业物料中水分不仅是影响物料其他所有物理特性的最重要的成分，而且它还影响食品的风味，腐败和发霉。干燥食品吸潮后还会发生许多物理性质的变化，如面包和饼类的变硬就不仅是失水干燥，而且也是由于水分变化造成淀粉结构发生变化的结果。香肠的口味就与吸水、持水情况关系十分密切。所以，农业物料含水量对其鲜度、硬软性、流动性、呈味性、保藏性和加工性等许多方面有着极为重要的关系。在实际最新的应用中：比如应义斌等人]7[根据柑橘表面色泽和固酸比与柑橘成熟度的关系，利用机器视觉技术，建立了用于柑橘成熟度检测的机器视觉系统。Rehkugler]8[等人根据苹果表面的碰伤特点，应用黑白图像处理技术对苹果表面的碰伤进行检测，并能根据美国的苹果等级标准进行分级。

颜色等其他参数

而在农业物料中对于其颜色等其他物理参数的应用中同样十分的广泛，比如张健平等人]9[对烟叶的颜色特征进行了分析，并利用计算机图像处理技术，综合运用多种色度系统得出了烟叶颜色的定量分析判别方法，可作为烟叶分级的辅助手段。

小结：现代农业工程日益普遍地应用机械学、电学、光学、声学等各种技术手段和方法，基于农业物料基本物理参数的研究及相关技术，在作物生产过程的调节与控制、作物收获、果实采摘、农产品品质检测、分选分级、农业机械装备的设计制造等各领域有广阔的应用前景。因此，对农业物料基本物理参数和相关技术的研究有重要的意义。积极开展该领域的研究与技术开发，对不断提高我国农业现代化装备水平有极大的推动作用。

参考文献：

[1]姜瑞涉，王俊.农业物料物理特性及其应用［J］.粮油加工与食品机械，2002(1):35~37.

[2] Marchant J A,Onyango C M,Street M J.High speed sorting of potatoes using computer

vision[J].Transactions of the ASAE,1988,88:35-40.

[3] 王文奎.不同几何形态与物理特性的农产品切制加工工艺技术初探[J].农业工程学报，

2004,20(6):35-39

[4] 张桂华，汤楚宙，熊远福，等.包衣稻种物理特性的测定及其应

用[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2004,30(1):68-70

[5] 李诗龙.油菜籽的物理特性浅析[J]中国油脂，2005,30（2）：17-20

[6] Mrema G C,McNulty P B .Microstructure of rapeseed and cashew as related to

mechanical oil expression[J].Ir.J.Food Sci.Technol,1984(8):59-66

[7] 应义斌，饶秀勤，马俊福，等.柑橘成熟度机器视觉无损检测方法研究[J].农业工程学

报，2004,20(2):144-147

[8] Rehkugler G,Throop E.Apple sorting with machine vision[J].Tramsactions of the

ASAE,1986,83(2):766-772

[9] 张健平，吴守一，方如明.烟叶颜色测量与分析[J].江苏工学院学报，1993,14(4):7-13